地质体中异常分布规则甾烷类化合物的成因机制与石油地质意义

Regular steranes occur ubiquitously in petroleum and source rocks as an important composition part of biological markers. Recently, the source rocks and oils containing unusual regular sterane distribution are widely reported, but the origin and genetic mechanism still remain unclear.The source rocks and crude oils with unusual regular sterane distribution from Tarim Basin, Songliao Basin and Ordos Basin will be studied in this project based on the new techniques of isolation, purification, and enrichment for regular steranes in the oils and sedimentary organic matters. The distribution, variation and main controlling factors of unusual regular steranes from source rocks and oils will be discussed by systematic study on the compound-specific carbon isotope, combining with lithological, micropaleontological, and sedimentary geochemical characteristics of source rocks. Further, it probes into the application of the unusual regular steranes on the source, depositional environment, thermal maturity, and the oil-source correlation. Therefore, not only do the results reveal the origin and genetic mechanism of unusual regular steranes, enrich and improve the methods and theories on biomarker study, but also they will be the breakthrough for the new theory and application in oil and gas exploration.

规则甾烷类化合物在地质体中广泛分布于烃源岩与原油中，是饱和烃生物标志化合物的重要组成部分。近年来，具有异常分布规则甾烷类的烃源岩和原油研究成果屡见报道，但其来源与成因尚不清楚。该课题以塔里木、松辽、柴达木与鄂尔多斯等盆地具有异常分布规则甾烷类的烃源岩与原油作为研究对象,在建立对沉积有机质和原油中规则甾烷类化合物的分离、纯化与富集技术上，通过对其单体烃碳同位素的系统研究，同时结合异常分布规则甾烷类化合物烃源岩有机岩石学、微体古生物学及沉积地球化学之特征，探讨烃源岩和原油中异常分布规则甾烷的分布特征、变化规律和主控因素，揭示地质体中异常分布规则甾烷类化合物的成因机制，同时进一步探讨这类化合物在母质来源、沉积环境、成熟度、油源对比等方面应用。该课题的研究成果不仅可以揭示异常分布规则甾烷化合物的来源与成因机理，丰富和完善生物标志化合物研究的理论与方法，而且也是油气勘探中寻找新理论与新应用的突破。

本项目选择我国典型盆地异常分布规则甾烷的烃源岩与原油样品作为研究对象，从宏观与微观、定性与定量、地质与地球化学等学术思路出发，系统开展了有机岩石学、沉积地球化学和分子地球化学的研究。取得以下成果：1）系统鉴定了研究区烃源岩和原油样品中各类规则甾烷化合物。研究表明四川盆地三叠系须家河煤系烃源岩、鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤系烃源岩、塔里木盆地库车坳陷三叠-侏罗系煤系烃源岩、塔里木盆地寒武-奥陶系海相烃源岩和原油等盆地中均存在异常丰度规则类甾烷化合物；系统开展了烃源岩的有机质显微组分、古生物学以及沉积地球化学研究。2）剖析了具有异常分布规则甾烷类化合物的烃源岩与原油中生物标志化合物的绝对浓度与相对比值；表征了塔里木盆地海相烃源岩与原油、苏北盆地深湖相烃源岩与原油中异常分布规则甾烷类化合物的分布模式以及与其他生物标志物之间的相互关系；揭示了具有异常分布规则甾烷类化合物的烃源岩中高丰度的C29规则甾烷与藿烷及伽马蜡烷的生源母质有关。3）热模拟实验结果以及地质剖面均表明热力作用对烃源岩和原油中规则甾烷类化合物的形成具有重要的控制作用。泥岩、腐殖煤或海相原油中C27/C29规则甾烷值随着成熟度的增加，总体呈现先降低后增加的趋势。比值的降低主要原因在于甾烷类化合物生成阶段C29规则甾烷生成速率快于C27规则甾烷，而在高-过熟阶段C29规则甾烷会发生脱甲基作用断裂形成C27规则甾烷，C27/C29规则甾烷值会逐渐升高。在不同类型的样品中，C27/C29规则甾烷值变化存在显著差异。4）地质体烃源岩中形成异常分布的规则甾烷类化合物的主控因素是沉积环境和热力作用。沉积环境的氧化还原性对腐殖煤中甾烷类化合物的组成与分布影响较大；但烃源岩和原油中甾烷类化合物的组成和分布及其相关参数同时也受到热力作用的影响。此外一些海相和深湖相烃源岩中高丰度的C29规则甾烷可能来源于以细菌为食的浮游动物。